[发明专利]沸腾合金冷却堆芯的碱金属热电转换核反应堆系统

说明书

本发明公开了一种沸腾合金冷却堆芯的新型碱金属热电转换核反应堆系统，属于核反应堆工程技术领域，其包括反应堆模块、钠蒸气分离器、第一回热器、冷凝器、第一电磁泵、热交换器、电极室、负载、第二回热器、第二电磁泵；反应堆模块包括燃料，燃料周围布置有冷却剂通道；冷却剂通道下端连接有分流室，上端连接有集流室；集流室的出口与钠蒸气分离器的入口连接；电极室包括液态钠电极室、BASE和熔融合金电极室；负载的两端分别与液态钠电极室、熔融合金电极室连接。本发明采用沸腾合金冷却堆芯，钠在冷却剂通道沸腾段中沸腾气化，合金还原发生于堆芯，取消了反应堆主冷却剂回路以及钠蒸馏分离室、主冷却剂回路与发电回路之间的换热器，简化了设备。

技术领域

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及一种沸腾合金冷却堆芯的新型碱金属热电转换核反应堆系统。

背景技术

深空深海蕴藏着丰富的资源，是未来国际科技竞争的主战场，一批深空深海探测、空间站建设任务纳入各科技强国的规划中。在深空探测领域，对利用太阳能困难或有大功率供能需求的航天任务，设计和开发基于核能装置的核动力航天器势在必行，以美国、俄罗斯为代表的空间技术强国竞相研究。在深海探测领域，核能具有无限续航、安全性高和连续工作时间长等优点,可有效解决深海探测动力能源持续供给的问题,发展前景广阔。

因此，针对深空深海需求，急需一种回路简单、稳定性好、可靠性高的静态热电转换核反应堆系统。

发明内容

本发明的主要目的是针对深空深海需求，提供一种回路简单、稳定性好、可靠性高的静态热电转换核反应堆系统，采取了如下技术方案：

沸腾合金冷却堆芯的新型碱金属热电转换核反应堆系统，包括反应堆模块、钠蒸气分离器、第一回热器、冷凝器、第一电磁泵、热交换器、电极室、负载、第二回热器、第二电磁泵；

所述反应堆模块包括燃料，所述燃料周围布置有冷却剂通道；所述冷却剂通道的下端连接有分流室，上端连接有集流室；位于所述冷却剂通道的下部区域设定为熔融段，位于所述冷却剂通道的上部区域设定为沸腾段；

所述集流室的出口与所述钠蒸气分离器的入口连接；所述钠蒸气分离器的钠蒸气出口与所述第一回热器的放热侧入口连接；所述第一回热器的放热侧出口与所述冷凝器的放热侧入口连接；

所述第一电磁泵设置在所述冷凝器的放热侧出口与所述第一回热器的吸热侧入口之间；

所述第一回热器的吸热侧出口与所述热交换器的液态钠侧入口连接；

所述电极室包括液态钠电极室、BASE和熔融合金电极室，所述BASE设置在所述液态钠电极室与所述熔融合金电极室之间，用于分隔所述液态钠电极室与所述熔融合金电极室；

所述热交换器的液态钠侧出口与所述液态钠电极室的入口连接；所述热交换器的低钠含量熔融合金侧入口与所述第二回热器的放热侧出口连接；所述第二回热器的放热侧入口与所述钠蒸气分离器的低钠含量熔融合金侧出口连接；

所述热交换器的低钠含量熔融合金侧出口与所述熔融合金电极室的入口连接；所述熔融合金电极室的出口与所述第二回热器的吸热侧入口连接；

所述第二电磁泵设置在所述第二回热器的吸热侧出口与所述分流室的入口之间；

所述负载的两端分别与所述液态钠电极室、所述熔融合金电极室连接。

进一步地，位于所述冷却剂通道的沸腾段的熔融合金沸腾，其中，熔融合金沸腾指的是熔融合金中的钠沸腾，铅不发生沸腾。

进一步地，位于所述熔融合金电极室的合金为钠铅合金。

进一步地，所述液态钠电极室与所述熔融合金电极室的温度相等。

进一步地，所述第一回热器和所述第二回热器的吸热、放热侧均采用逆流换热。